第三章物料平衡计算
第三章物料衡算习题1
kg
水的生成量为 ：
200 × 1404.8 kg = 989.3 284
18 × 1404.8 = 89.1 kg 284
由于生产过程中要求己醇少过量40%， 即实际生产过程中己醇用量为 1513.6*40%+1513.6=2119 kg ∴生产过程中的投料比为：顺酐比己醇
O C C O OC6H13 OC6H13
+
OC6H13
NaHSO3
280 x
104 y
388 1919.2
∴马来酸双酯的消耗量为
284 × 1919.2 = 1404.8 388
kg
亚硫酸氢钠的消耗量为
104 × 1919.2 = 530.5 388
而NaHSO3用质量分数为30%的溶液， 故NaHSO3为530.5
969 2119 = = 1 : 2 .1 98 102
表2-2 反应釜各物料数据表 反应釜物料衡算表 选料 969.5 2119 0 0 1768.3 0 9.695
物料 顺酐 正乙醇 马来酸双酯 马来酸单酯 NaHSO3 水 催化剂
出料 0 0 1404.8 989.3 0 89.1 9.695
5500T/年
• • • •
4、根据计算结果画出物料衡算流程图
5631.6 吨 5851T/年
造粒工段
(5558.4+292.6)
挤出成型工段
制品
351T/年(损失+下脚料)
• •
最后根据上表（每吨产品的消耗定额kg）填表 配方 原材料消耗综合表 每吨产品
序号 名称 规格 单位 消耗定额 每时 每天
2020.2 × 95% = 1919.2
3.3.3物料平衡计算的方法和步骤
三、物料平衡计算的方法和步骤 （一）水泥厂的物料平衡计算1.烧成车间生产能力和工厂生产能力的计算 （1）年平衡法计算步骤是：按计划任务书对工厂规模（水泥年产量的要求），先计算要求的熟料年产量，然后选择窑型、规格，标定窑的台时产量，选取窑的年利用率，计算窑的台数，最后再核算出烧成系统和工厂的生产能力。
①要求的熟料年产量可按式（3-1）计算： Q y =ped ---100100G y （3-1)式中 Q y ——要求的熟料年产量（t/a ）；G y ——工厂规模（t/a ）；d ——水泥重视高的掺入量（%）；e ——水泥中混合材的掺入量（%）； p ——水泥的生产损失（%），可取为3%~~5%。
当计划书任务书规定的产品品种有两种或两种以上，但所用的熟料相同时，可按下式分别求出每种水泥要求的熟料年产量，然后计算熟料年产量的总和。
Q y1=pe d ---10010011G y1（3-2）Q y2=pe d ---10010022G y2(3-3)Qy=Q y1+Q y2(3-4)式中 Q y1，Q y2——分别表示每种水泥要求的熟料年产量（t/a ）；G y1，G y2——分别表示每种水泥年产量（t/a ）； d 1，d 2——分别表示每种水泥中石膏的渗入量（%）； e 1，e 2——分别表示每种水泥中混合材的渗入量（%）； Q y ——两种熟料年产量的总和（t/a ）。
②窑的台数可按式（3-5）计算：n=1.8760h QQyη (3-5)式中 n ——窑的台数；Q y ——要求的熟料年产量（t/a ）;Q h.1——所选窑的标定台时产量【t/(台·h)】；η——窑的年利用率，以小数表示。
不同窑的年利用率可参考下列数值：湿法窑0.90，传统干法窑0.85，机立窑0.8~0.85，悬浮预热器窑、预分解窑0.85；8760——全年日历小时数。
算出窑的台数n 等于或略小于整数并取整数值。
例如，n=1.9，取为两台，此时窑的能力稍有富余，这是允许的，也是合理的。
化工设计——第三章物料衡算和能量衡算
第一节 连续过程的物料衡算
二、物料衡算的基本程序 确定衡算的对象和范围。 (1) 确定衡算的对象和范围。 确定计算任务。 (2) 确定计算任务。 确定过程所涉及的组分， (3) 确定过程所涉及的组分 ， 并对所有组分依 次编号。 次编号。 对物流流股进行编号，并标注物流变量。 (4) 对物流流股进行编号，并标注物流变量。 收集数据资料。 (5) 收集数据资料。
2C2 H 4 + O2 → 2C2 H 4O
同时存在副反应： 同时存在副反应： C
2
H 4 + 3O2 → 2CO2 + 2 H 2O
如果进料物质的流量为1000mol/h，进料中含C 如果进料物质的流量为1000mol/h，进料中含C2H4 1000mol/h 摩尔分数为10% 乙烯的转化率为25% 10%， 25%， 摩尔分数为10%，乙烯的转化率为25%，生成产物的 的选择性为80% 80%， C2H4的选择性为80%，计算反应器出口物流的流量与 组成。 组成。
第一节 连续过程的物料衡算
四、反应过程的物料衡算
Ns Nr
∑ F x + ∑V
i =1 i ij m =1
jm m
r = 0( j = 1, 2, ⋅⋅⋅, N c )
第一节 连续过程的物料衡算
[例3-1]在化学反应器中，利用乙烯部分氧化制 1]在化学反应器中， 在化学反应器中 取环氧乙烷， 取环氧乙烷，是将乙烯在过量空气存在条件下通 过银催化剂进行。主反应： 过银催化剂进行。主反应：
第一节 连续过程的物料衡算
2、 选择基准 ， 可以选废酸或浓酸的量为 、 选择基准， 基准，也可以用混合酸的量为基准， 基准，也可以用混合酸的量为基准，因为 四种酸的组成均已知， 四种酸的组成均已知，选任何一种作基准 计算都很方便。 计算都很方便。 3、列物料衡算式，该体系有 种组分，可 种组分， 、列物料衡算式，该体系有3种组分 以列出3个独立方程 所以能求出3个未知 个独立方程， 以列出 个独立方程，所以能求出 个未知 量。 基准： 基准：100kg混合酸 混合酸
第三章物料衡算(新)
C2H4 + 3 O2
以100kmol进料为基准，用x和y分别代表环氧乙 烷和二氧化碳的生成量，根据题给组成和该系统 的化学反应方程式，可列出下表3-5。
18
表3-5 物料组成
由于反应器出口气体中乙烯和氧的浓度已知， 所以可列出下面两个方程：
解：设 2A+B→2D+E A+D→2C+E C+2B→2F
速率为r1 速率为r2 速率为r3
22
各物质在反应中的变化如表3-4所示 A 进料
/(mol.h-1)
B 100 － r1
C 0
D 0 2r1
E 0 r1
F 0`
200 r2
－2r3
200-2r1-r2 100-r1-2r3
14
有循环物料的反应系统，有两种不同含义的转化 率。一种是新鲜原料通过反应器一次所达到的转 化率，叫单程转化率。这可以理解为以反应器进 口物料为基准的转化率。另一种是新鲜原料进入 反应系统起到离开反应系统止所达到的转化率， 称为全程转化率。显然，全程转化率大于单程转 化率。 （4）收率：转化率是针对反应物而言的，收率则 是针对产物而言的。收率的定义式为：
2.物料衡算基准 选定一个计算基准，并在整个运算中保持一致。 （1）t基准：1d，1h，1s等。 （2）批量基准：每批物料量，Kg/批 。 （3）质量基准：例如取100Kg，一般取某一己知 变量最多或未知变量最少的物流作为基准最为合 适。 （4）体积基准：对气体物料，采用标准体积为基 准，m3,L等。 （5）物质的量基准：有化学反应的取物质的量基 准，mol。
第三节物料衡算
27
4.3 示例 GTCD-G500A
表示糕点机械类，桃酥成型机，并且 是一机多用，卧式，滚压成型，生产能力 为500 kg/h，第一次改进。
RTM-G1000C 表示肉类蛋品加工机械类，脱毛机， 卧式，滚筒的，生产能力为1000只/h，第 三次改进。
食品机械类别代号按表1编制。
22
序号 1 2
3 4 5 6 7 8
类别名 称
饮食加 工机械
小型食 品加工
机械
类别代 号
内
容
Y
米、面、副食（肉、鱼、禽、蛋、菜）、乳制品加 工机械的洗涤、清毒、烘烤机具
X
干、鲜果品加工机械及膨化和以米、面为原料的糖、
油制品加工机械和包装机械等
糕点加 工机械
糖果加 工机械
豆制品 加工机
械
冷饮加 工机械
肉类蛋 品加工
机械
G
糕点（饼干）成型加工机械及包馅、油炸、蒸制等 加工机械和包装机械
T
糖果制品成型加工机械和设备及熬糖、包糖等机械
D
豆类、淀粉类加工机械及其除杂、清洗、破碎等机 械
L
小型汽车水饮料加工设备及冷冻食品等加工机械
R
畜禽屠宰及分割、副产品的处理，综合利用，肉类
3.4.6 在同一台机械上，有两种以上功能的为多用机。多用机 在编制名称代号时，规定以它的主要工作对象为主编制。如桃 酥饼干成型机，以桃酥为主的，则为GTC；以饼干为主的，则 为GBC，决不允许用GTBC编制名称代号。
25
4 食品机械型号的编制 4.1 食品机械型号的编制
物料衡算(例子)
第三章物料衡算＆ 3.1流程示意图3.1.1画流程示意图3.1.2 化学反应方程式：3.1.3 确定计算任务：聚合与沉析（混料槽）均属于间歇操作，需要建立时间平衡。
由设计任务和生产现场可知生产规模、生产时间、消耗定额、各步损失以及聚合配方等工艺操作条件。
可以顺流程展开计算，并按间歇过程与连续过程分别确定基准依次计算。
间隙过程基准：kg/釜；连续过程基准：kg/h＆ 3.2生产数据3.2.1全装置生产数据1、生产规模：20000吨PVC/年2、生产时间：8000h3、聚合釜数据：1）体积：33m32）装料系数：0.93）每釜投料量：10t4）平均每釜产量：8486㎏4、生产周期1抽真空至600mmHg……………………………………………………………………………h21充氮再抽真空至600mmHg……………………………………………………………………h22加单体、助剂、水……………………………………………………………………………h31升温……………………………………………………………………………………………h26反应……………………………………………………………………………………………h2排气、清物料…………………………………………………………………………………h11清釜……………………………………………………………………………………………h612合计……………………………………………………………………………………………h5、损耗分配聚合车间总收率为94.8％。
总消耗为6.2％。
各步骤的损失分配如下（间歇过程以单体进料量为准，连续过程以聚合釜内反应生成的聚合物为准）：聚合釜：VC 0.1％；PVC 0.2%；混料槽：VC 0.8％；PVC 0.8％；汽提塔：VC 0.1%；PVC 0.2％；离心：PVC 0.5%气流干燥：PVC 0.1%；沸腾干燥：PVC 1％；包装：PVC 1.5％合计：6.2％（其中PVC占5.2％，VC占1.0％）6、聚合配方1）单体纯度：为方便起见，按100％计算新鲜料：回收料＝9：12）水油比：1.85软水/VC3）助剂：名称用量引发剂：IPP（75％）水溶液0.025％VC分散剂：HPMC（6%水溶液）0.0365％VCPV A （3％水溶液）0.0365％VC热稳定剂：有机锡0.025％VCPH调节剂：H3PO4（50％水溶液）0.046％VC铁离子螯合剂：EDTA 0.02％VC链终止剂：双酚A 0.04％VC7、操作时间与控制指标聚合温度59±0.5℃出料压力6kg/cm3（表压）转化率90％混料槽温度为75℃，操作规定加42％液碱14L，加碱量为0.05％～1％（母液中含NaOH量）。
《化工设计》 第三章物料衡算和热量衡算
对于没有化学反应的过程，一般上列写各组分的衡算方程， 只有涉及化学反应量，才列写出各元素的衡算方程。
• 稳态过程（连续），体系内无物料积累。
F
x f1
P
xp1
W
xw1
F
x f2
P xp2
W
xw2
7.将物料衡算结果列成输入－输出物料表（物料平 衡表），画出物料平衡图。
物料衡算表
组分
输入
质量，kg/d
组分
输出
质量，kg/d
杂质 合计
杂质 合计
8.校核计算结果（结论）。
五、无化学反应的物料衡算
• 在系统中，物料没有发生化学反应的过程， 称为无反应过程。
（三）、物料衡算基准 物料衡算过程，必须选择计算基准，并在整个运算
中保持一致。若基准选的好，可使计算变得简单。
①时间基准 （单位时间可取1d、1h或1s等等）。 ②批量基准； ③质量基准 例如: 可取某一基准物流的质量为100Kg
为基准计算。 ④物质的量基准； ⑤标准体积基准；
（四）、物料衡算的基本程序
100.00
解：
水F1 1200kg/h
吸 收 塔
混合气体F2，1.5 （mol）%丙酮
空气F3
蒸 馏 塔
冷凝器
废料F5:丙酮5%，
95% 水
产品F4 丙酮99%，水1%
本系统包括三个单元．即吸收塔、蒸馏塔和冷凝器。由于 除空气进料外的其余组成均是以质量百分数表示的，所以 将空气-丙酮混合气进料的摩尔百分数换算为质量百分数。 基准：100kmol气体进进料。
物料平衡计算
物料平衡计算
7.物料平衡计算方法：
7.1 物料平衡计算：
配料平衡= 实际配料量（kg）
×100% 批理论配料量（kg）
物料平衡范围：99.5~100.5%
压片平衡= 【成品片重量（kg）+可回收量（kg）+不合格品量（kg）
+废弃量（kg）】×100%
领取颗粒重量（kg）
物料平衡范围：98%--100%
内包装平衡= 【实际产量（板）+取样量（板）+不合格品量（板）+废弃量
（板）】×100%
理论产量（板）
物料平衡范围：99.5%~100.5%
包装平衡= 【成品箱数（箱）×1板×10盒×20包+零头（包）×
1板×10盒+取样量（盒）×1板+不合格品量（板）】
×100%
半成品数量（板）
物料平衡范围：98%~102%
成品物料平衡= 成品入库数量+留样数量+不合格数量
×100% 理论产量（粒）
标签和类标签的包材物料平衡达100% 7.2技术经济指标：
7.2.1成品率：（理论收率）
成品率= 成品入库数量+留样量
×100% 理论产量
7.2.2成本：
成本=
车间成本（元）
成品与入库数量（片）7.2.3一次合格率：一次合格率= 一次合格品数
×100% 成品数。
第三章物料衡算
例题 例题4.
C
整个系统的物 料衡算
结晶罐的 物料衡算
解：1. R的质量分数
以1kg水为基准时，饱和循环物流含1.6kg溶液，故R的质量 分数为 0.6/1.6＝0.375 kg A/kg溶液
2. 对A进行总物料衡算，以一小时10000kg料液为基准，列物 料衡算式：
一般在衡算时，先进行总的过程衡算，再对循 环系统衡算，列出方程式求解。
3.1串联
单元设备串联有三种情况：分离设备与分离设 备串联，反应器与反应器串联，分离器和反应 器串联；
单元设备串联体系对物料衡算一般采用逐步解 法，对每个单元设备进行物料衡算。也可将串 联单元作为一个体系来衡算。
3.2 并联和旁路
1. 吸收过程的物料衡算:
V (Y 1 Y 2 ) L (X 1 X 2 )
2. 最小液气比:
3L. min V
Y1 Y2 X* X2
4. x*:与气相平衡的液相浓度;
吸收剂量: L=(1.2~2.0)Lmin
2. 蒸馏过程的物料衡算 总物料衡算:
FDW
易挥发组分的物料衡算:
FF xDDxWwx
3. 干燥过程的物料衡算 进入干燥器的湿物料质 量G1,离开干燥器的湿物 料质量G2,干燥前后物料 的湿基含水量分别为w1 和w2。绝干物料的量G 是不变的，即
附、结晶、过滤、干燥、粉碎、蒸馏、萃取 化学过程的物料衡算：用组合平衡和化学元素平衡。
按照操作方式的不同分为两类： 连续操作的物料衡算和间歇操作的物料衡算。
物料衡算的基本理论： 以质量守恒定律和化学计量关系为基础。 衡算方程式：在一个特定的体系中，进入物系的全部物料质
量加上所有生成量之和减去离开该系统的全部产物和消耗 掉的量等于累积的量。
第三章物料平衡计算
第三章物料平衡计算物料平衡计算是工程中的一项重要工作，其主要目的是通过对物料的输入、输出和转化过程进行分析和计算，确保工艺流程的稳定和可行性。
物料平衡计算需要考虑物料的质量、能量和动量方面的平衡，以及相应的测试和测量方法。
在进行物料平衡计算之前，首先需要了解和收集有关工艺流程的物料参数，如输入物料的质量流量、组成和温度，以及输出物料的质量流量、组成和温度等信息。
这些信息通常可以从实验、数据手册和现场测量获得。
接下来，进行物料平衡计算时需要考虑物料的输入、输出和转化过程。
输入物料可以是原料、能源或辅助材料等，输出物料可以是产品、废弃物或副产物等。
转化过程可以是化学反应、物理转化或传递过程等。
在计算过程中，需要将输入物料的质量流量、组成和温度与输出物料的质量流量、组成和温度进行对比和平衡，确保它们之间的一致性。
物料平衡计算的方法包括输入输出法和进退法。
输入输出法是通过累积分析输入物料和输出物料的质量和能量变化，计算物料的转化率和能量效率。
进退法是通过分析物料在不同过程中的流动和转化情况，计算各物料之间的平衡关系。
在进行物料平衡计算时，还需要考虑物料的测试和测量方法。
常用的测试方法包括采样、化验和仪器测量等。
采样是获取物料样本的过程，化验是通过实验室测试获取物料组成和性质的过程，仪器测量是通过使用各种仪器设备对物料进行质量、温度和压力等性质的测量。
物料平衡计算在实际工程中有着广泛的应用。
它可以帮助工程师了解和优化工艺流程，改进生产效率和产品质量。
在化工工程中，物料平衡计算可以用于计算化学反应的反应物和产物之间的转化率和收率。
在环境工程中，物料平衡计算可以用于衡量废水处理过程中的污染物去除效率。
在能源工程中，物料平衡计算可以用于优化能源利用和能源消耗。
总之，物料平衡计算是工程中不可或缺的一项工作，通过对物料的输入、输出和转化过程进行分析和计算，确保工艺流程的稳定和可行性。
它需要考虑物料的质量、能量和动量方面的平衡，以及相应的测试和测量方法。
物料衡算与能量衡算
3
物料衡算与能量衡算的概念
物料衡算：运用质量守恒定律，对生产过程或 设备的物料平衡进行定量的计算，计算出各股 物流输入或输出的量及组分等，称之为物料衡 算。
能量衡算：以热力学第一定律为依据，对生产 过程或设备的能量平衡进行定量的计算，计算 过程中要供给或移走的能量，称之为能量衡算。 能量是热能、电能、化学能、动能、辐射能的 总称。化工生产中最常用的能量形式为热能， 故化工设计中经常把能量计算称为热量计算。
0.61
4.182
75.27
0.137
13.48
--
--
0.00377
0.28
4.5875
100
所以，每100kg苛化液需加入石灰8.49kg到91.51kg碳酸钠 溶液中，石灰组成见表3-4；每100kg苛化液需原碱液91.51kg。
29
例3-3 合成甲醇的物料衡算（平衡常数法）
当正、负反应速率相等时，反应达到化学平衡，此时状态 为恒温、恒压且反应物浓度不变。对反应 aA+bB=cC+dD，
在反应过程中，在数量上以最小化学计量 系数存在的组分称为限制组分。在数量上超过 完全反应所需理论量的组分称为过量组分。
17
例：原料气中有CO 1mol，H2O(g) 2mol，进行变换反应： CO＋H2O (g) → H2＋CO2 用反应物的实际摩尔量除以 各自对应组分的反应计量系数，此值最小者即为限制组分， 其余为过量组分。
c）系统内无化学反应的稳定操作过程：
((Fii FFo0))00
11
3.1.2 物料衡算举例 无反应过程的物料衡算
无反应过程指流体输送、粉碎、换热、混合、 分离（吸收、精馏、萃取、结晶、过滤、蒸发、闪 蒸、提浓、脱水、增湿、干燥）等化工单元操作。
物料平衡计算公式
物料平衡计算公式在化工、制造业以及环境保护等领域，物料平衡计算是一项重要的工作。
通过物料平衡计算，可以确保生产过程中物料的流动和转化得到准确控制，从而提高生产效率和产品质量。
物料平衡计算利用物质守恒定律，根据输入和输出物质的质量来推导系统内部物质的转化和流动情况。
在进行物料平衡计算时，通常需要采用一些计算公式来求解各个参数和变量。
下面将介绍几个常用的物料平衡计算公式。
1. 总质量平衡计算公式总质量平衡计算是最基本的物料平衡计算。
它根据输入和输出物质的总质量来推导系统内部物质的转化和流动情况。
总质量平衡计算公式可以表示为：输入物质的总质量 = 输出物质的总质量 + 系统内部物质的总质量变化这个公式意味着，系统内部物质的总质量随着时间的推移可能会发生变化，可能会增加或减少。
2. 组件质量平衡计算公式除了总质量平衡计算，组件质量平衡计算也是非常重要的。
它根据输入和输出物质的组件质量来推导系统内部物质的组件转化和流动情况。
组件质量平衡计算公式可以表示为：输入物质中某组件的质量 = 输出物质中某组件的质量 + 系统内部物质中某组件的质量变化这个公式可以根据具体情况来进行求解，比如针对某个特定的化学反应，可以将反应物的组件质量与生成物的组件质量进行比较，从而推导出系统内部物质的组件转化情况。
3. 能量平衡计算公式除了物质平衡计算，能量平衡计算也是非常重要的。
它根据输入和输出物质的能量来推导系统内部物质的能量转化和流动情况。
能量平衡计算公式可以表示为：输入物质的总能量 = 输出物质的总能量 + 系统内部物质的总能量变化 + 系统对外界的能量传递这个公式包含了系统内部物质能量的变化以及系统与外界交换能量的情况。
在能量平衡计算中，通常需要考虑物质的热容和热传导等因素。
4. 浓度平衡计算公式在某些情况下，需要根据输入和输出物质的浓度来推导系统内部物质的浓度转化和流动情况。
浓度平衡计算公式可以表示为：输入物质中某组件的浓度× 输入物质的总流量 = 输出物质中某组件的浓度× 输出物质的总流量 + 系统内部物质中某组件的浓度变化× 系统内部物质的总流量这个公式可以根据具体情况来进行求解，比如针对某个溶解过程，可以将溶质的浓度与溶液的总流量进行比较，从而推导出系统内部物质的浓度转化情况。
第三章物料平衡计算
质量法又称为假定体积密度法。假定混凝土拌合物的质
量为mcp ，kg。 mc0 ms0 mg0 mw0＝mcp
＝
s
ms0 ms0 mg0
100％
解方程组可得ms0、mg0。
式中： mc0、ms0、mg0、mw0——分别为1m3混凝土中水泥、
砂、石子、水的用量，kg；
mcp——1m3混凝土拌合物的假定质量，kg。可取 2350～2450kg/m3。
➢ 单位用水量（mw）应在基准配合比用水量的基础上，根据制作强 度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行调整确定；
➢ 水泥用量（mc）应以用水量乘以选定出来的灰水比计算确定；
➢ 粗集料和细集料用量（ms、mg）应在基准配合比的用量基础上， 按选定的灰水比进行调整后确定。
（2）经试配确定配合比后，按下列步骤进行校正：
2.调整
（１）调整和易性，确定基准配合比 测拌合物坍落度，并检查其粘聚性和保水性能： ➢如实测坍落度小于设计要求，可保持水灰比不变，提高水泥浆用量； ➢如实测坍落度大于设计要求，可保持砂率不变，提高骨料用量； ➢如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂率。 ➢每次调整后再试拌，直到符合要求为止。记录好各种材料调整后用量， 并测定混凝土拌合物的实际体积密度（ρc,t）。
碎石最大粒径，mm
16
20
40
180 170 155
185 175 160 190 180 165
塑性混凝土的单位用水量，kg
拌合物稠度 项目 指标
10～30 坍落度 35～50
mm 55～70 75～90
卵石最大粒径，mm 10 20 31.5 40 190 170 160 150 200 180 170 160 210 190 180 170 215 195 185 175
制药工艺设计(4.1.3)--物料衡算习题答案
100mol 苯与 40mol 氯反应，反应产物中含 38mol 一氯苯、1mol 二氯苯以及 61mol 未反应的 苯。反应产物经分离后可回收 60mol 的苯，损失 1mol 苯，则苯的总转化率为【D】。 A、39.0% B、60% C、61% D、97.5%
第三章 物料衡算
一、填空题 1 进行物料衡算所选择的计算基准有时间基准、质量基准、体积基准和干湿基准。 2 按照物质的变化过程，可将物料衡算分为物理过程物料衡算和化学过程物料衡算；按照 操作方式不同，又可以分为连续操作和间歇操作的物料衡算。 3 复杂化工过程包括多个单元设备，循环体系有循环比、混合比、总转化率、单程转化率、总 收率和单程收率六个有关参数。循环体系的总转化率和总收率大于单程转化率，基于这一点， 才采用循环物流。 二、判断题 【×】1 对某一组分来说，反应组分消耗量与反应物料剩余量之比称为该组分的转化率。 因为：对某一组分来说，反应组分消耗量与反应物料原始量之比称为该组分的转化率。 【×】2 收率是指主要产物实际所得量与反应原料消耗的理论量之比。总收率为各个工序收率 的乘积。 因为：收率是指主要产物实际所得量与按投入原料计算的该产物理论产量之比。总收率为各 个工序收率的乘积。 【√】3 选择性是指主、副产物中，主产物生成量折算成原料消耗量所占反应消耗原料量的百 分数，一般用表示。 【×】4 在精馏过程中，将塔顶馏出液流量 D 与回流至塔的冷凝液流量 L 之比称为回流比，一 般用 R 表示 因为：在精馏过程中，将回流至塔的冷凝液流量 L 与塔顶馏出液流量 D 之比称为回流比， 一般用 R 表示。
第三章物料衡算和能量衡算上课
• H2SO4 0.57x+0.93z=100*0.6=60 • HNO3 0.23x+0.90y=100*0.27=27 • 解得：x=41.8kg；y=19.2kg；z=39kg
物料衡算的方法和步骤
①画出流程示意图。 ②列出已知数据。 ③列出由物料平衡所需求解的问题。 ④决定系统的边界。 ⑤写出主、副产品的化学反应方程式。 ⑥约束条件确定。 ⑦选择计算基准。 ⑧进行物料平衡计算。 ⑨列出物料平衡表，并进行校核。 ⑩写出结论。
化工设计
第三章 物料衡算与能量衡算 Chart3 materiel balance and energy balance
主要内容
物料衡算
1
能量衡算
2
化工模拟软件在化工设计中的应用
3
物料衡算的目的和意义
1、确定主、副产品的产量，原材料的消耗量，生 产过程的物料损耗，各单元设备的流体流量及其 组成以及“三废”的生成量判断是否达到设计要 求（产品的技术经济指标）。 2、作为能量衡算的基础。 3、根据物料及能量衡算结果对生产设备和生产辅 助设备进行设计和选型，对过程所需设备的投资 及其可行性进行评价。
ykg 0.90 0.10
浓硫酸 zkg
H2SO4 0.93 H2O 0.07
混合器
混合酸
HNO3 0.27 H2SO4 0.60 H2O 0.13
物料衡算的方法和步骤
①画出流程示意图。 ②列出已知数据。 ③列出由物料平衡所需求解的问题。 ④决定系统的边界。 ⑤写出主、副产品的化学反应方程式。 ⑥约束条件确定。 ⑦选择计算基准。 ⑧进行物料平衡计算。 ⑨列出物料平衡表，并进行校核。 ⑩写出结论。
浓硝酸 ykg
HNO3 0.90 H2O 0.10
物料平衡怎么计算？
物料平衡怎么计算？
物料平衡计算方式：物料平衡率=（实际产量 + 抽样量 + 损耗量）/ 理论产量×100%
产品或物料实际产量或实际用量及收集到的损耗之和与理论产量或理论用量之间的比较，并考虑可允许的偏差范围。
2、在分析化学中，物料平衡是指在一个化学平衡体系中，某一给定物资的总浓度（即分析化学浓度）与各有关形式平衡浓度之和相等。
学术文献
1、所谓物料平衡，在钢铁企业中主要是指金属料的平衡。
投入品中含铁量多少，出来的产成品中含铁量多少，这之间应当平。
.每一个工序之间投入、产出都进行物料平衡，可以从根本上杜绝由于物料不平衡造成一部分原材料流失。
2、物料平衡是指包括燃料灰分、焦炭、脱硫剂及添加剂在内的固体床料在炉膛、分离器和回料装置组成的系统中形成的动态平衡
3、物料平衡是指产品或物料的理论产量或用量之间的比较,可允许有正常的偏差.因此,品牌个性定位不只是宣传产品,关键是发掘出兼容具体产品的独特风格与经营理念
4、Kw(2)HA的存在形式有HA及A-两种,其浓度和等于HA的分析浓度(所谓酸的分析浓度指未电离酸和已电离酸浓度之和)c:[A-]+[HA]=c(3)这种把一种物质在溶液中存在的各物种浓度之和等于其分析浓度的关系物称为物料平衡
循环流化床锅炉的运行是否正常，是否能够达到额定出力，物料的平衡和热量的平衡是关键。
运行时，实际燃烧份额分配与设计是否相符合，会直接影响运行工况。
参考资料
于志家.《化工过程物料平衡与能量平衡》.大连：大连理工大学出版社，2011。
化工设计第三章 物料衡算和能量衡算
物料衡算
①物料平衡方程
C2H4 － F1x11 F2 x21 2r1 r2 0 O2 －－ F1x12 F2 x22 r1 3r2 0 N2－－ F1x13 F2 x23 0 C2H4O F2 x24 2r1 0 CO2 － F2 x25 2r2 0 H2O－ F2 x26 2r2 0
������ （5）Handbook of Technology
������ （6）I.C.T （国际物理、化学和工艺数值手册）
������ （7）化工工艺设计手册
������ （8）材料与零部件手册
§3-2 物料衡算
对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数 据，算出另一些不能直接测定的物料量。用此 计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、 提出改进措施。
⑵ 计算简图，如图3-1所示
1
F1
x11，x12，x13
r1 r2
催化反应器
γφ
F2 x21 x22 x23 x24 x25 x26
⑶ 方程与约束式 ①物料平衡方程 根据
Ns
Nr
Fixij jmrm 0( j 1,2,..., Nc )
i1
m1
2
四、连续过程的物料衡算
由题意取 F1, x11, 1 , ,
为一组设计变量，其值分别为：
F1=1000 mol/h
x11 0.1
1 0.25 0.8
0.21 / 0.79 0.2658
四、连续过程的物料衡算
【解】 ⑸ 求解方程组
物料衡算
方程式（1）与式（3）中只含两个未知数 x11 , x13 可首先
第三章物料衡算
第三章物料衡算第一节概述一、物料衡算的作用和任务物料衡算是医药工艺设计的基础，根据所需要设计项目的年产量，通过对全过程或者单元操作的物料衡算计算，可以得到的单耗(生产1Kg产品所需要消耗的原料的Kg数)、副产品量以及输出过程中物料损耗量以及“三废”生成量等，使设计由定性转向定量。
在制药过程中经常遇到有关物料的各种数量和质量指标，如“量”(产量、流量、消耗量、排出量、投料量、损失量、循环量等)；“度”(纯度、浓度、分离度等)，“比”(配料比、循环比、固液比、气液比、回流比等)；“率”(转化率、单程收率、产率、回收率、利用率等)等。
这些量都与物料衡算有关，都影响到实际上的物料平衡。
因此，物料衡算是制药生产(及设计)的基本依据，是衡量制药生产(以及任何生产)经济效果的基础，对改进生产和指导设计具有重大意义。
二、物料衡算的类型在医药生产中，我们按照物质的变化过程来分，可以将物料衡算分为两类：一类是物理过程的物料衡算，即在生产系统中，物料没有发生化学反应的过程，它所发生的只是相态和浓度的变化，这类物理过程在医药工业中主要体现在混合过程和分离过程。
如流体输送、吸附、结晶、过滤、干燥、粉碎、蒸馏、萃取等单元操作。
图3-1盐酸林可霉素结晶过程物料衡算另一类是化学过程的物料衡算，即由于化学反应，原子与分子之间形成新的化学键，从而形成完全不同的新物质的过程。
在进行计算时候，经常用到组分平衡和化学元素平衡，特别是当化学反应计量系数未知或很复杂以及只有参加反应的各物质的化学分析数据时，用元素平衡最方便，有时甚至只能用该方法才能解决(如非那西丁酰化反应见图3-2)。
同时，在化学反应中，还涉及化学反应速率、转化率、产物收率等因素。
图3-2非那西丁酰化工段物料衡算此外，物料衡算还可以按照操作方式的不同，可以分为两类：一类是连续操作。
如生产枸橼酸铋钾的喷雾干燥操作，需要向干燥器中输送具有一定速度、湿度和温度的空气，同时湿物料从反方向以速度通过干燥器，尽管物料在干燥器中不断被加热，所处的状态在不断改变，但对某一具体部位而言，其所处的状态是不随时间的改变而改变的。
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配合比设计实例
要求
§ 该搅拌站为某建筑公司配套的专用搅拌站，其混凝土主 要用在正常的居住或办公房屋内部件。
§ 混凝土设计强度等级为C40，要求强度保证率95%。要 求混凝土拌和物的坍落度为35～50mm，施工单位为 历史统计资料。
第三章物料平衡计算
设计条件
水泥
砂
石
减水剂
P.O 42.5级,水 泥强度等级 值的富余系 数为1.10-1.13(取1.13),
（2）水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土单位用 水量应通过试验确定。 （3）流动性和大流动性混凝土： ✓不掺外加剂时，以坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大 20mm，用水量增加5kg计算； ✓掺外加剂时混凝土的单位用水量可按下式计算：
mwa＝mw0（1－β）
第三章物料平衡计算
第三章物料平衡计算
2020/12/7
第三章物料平衡计算
物料平衡计算的作用：
v 1．计算从原料进厂至成品出厂各工序所需处理的物 料量，作为确定车间生产任务、设备选型及人员编制 的依据。
v 2．计算各种原料、辅助材料及燃料需要量作为总图 设计中确定运输量、运输设备和计算各种堆场、料仓 面积的依据。
v 3．计算水、电和劳动力的需要量，确定原材料、燃 料等的单位消耗指标，作为公用设计和计算产品成本 等的依据。
塑性混凝土的单位用水量，kg
拌合物稠度 项目 指标
10～30 坍落度 35～50
mm 55～70 75～90
卵石最大粒径，mm 10 20 31.5 40 190 170 160 150 200 180 170 160 210 190 180 170 215 195 185 175
碎石最大粒径，mm 16 20 31.5 40 200 185 175 165 210 195 185 175 220 205 195 185 230 215 205 195
第三章物料平衡计算
产品大纲
预应力混凝土管桩制厂产品方案
产品名称
产品规格(mm)
C70预应力混凝土管桩 Φ500×10000
每个管桩体积(m3) 1.256
年产量(根) 45000
第三章物料平衡计算
产品大纲
无砟轨道板厂产品方案
产品名称
年产量(块) 混凝土型号
CRTSⅡ型无砟轨道板
5600
C55
长（mm）宽（mm）厚（mm）
通常简易的做法是：通过试压，选出既满足混凝土强度要求，水泥用 量又较少的配合比为所需配合比，再做表观密度的校正。
第三章物料平衡计算
(三) 计算施工配合比
假定现场砂、石子的含水率分别为a％和b%，则施工配 合比中1m3混凝土的各组成材料用量分别为：
＝mc ＝ms×（1+a％） ＝mg×（1+b％） ＝mw－ms×a％－mg×b％ 施工配合比可表示为：
每块板重 （t）
横向配置 纵向配置 每块板混 φ10预应力 Φ20精轧螺 凝土用量 钢筋（根） 纹钢筋（根） （m³）
6450
2550
200
8.6
60
6
3.45
第三章物料平衡计算
二、混凝土配合比计算
v 配合比四项要求
§ 确满足结构设计的强度等级要求； § 满足混凝土施工所要求的和易性； § 满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；
§ 符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。
v 配合比步骤
§ 确定混凝土基准配合比 § 确定试配、调整，确定设计配合比 § 计算施工配合比
第三章物料平衡计算
（一）确定混凝土基准配合比
1. 计算施工配制强度 fcu,0
式中: fcu,0——混凝土配制强度，MPa； fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值，即混凝土强度等级值，MPa； σ——混凝土强度标准差，MPa。
水灰比 mw/mc 0.40 0.50 0.60 0.70
混凝土砂率，％
卵石最大粒径，mm
碎石最大粒径，mm
10 26～32 30～35 33～38 36～41
20 25～31 29～34 32～37 35～40
40 24～30 28～33 31～36 34～39
16 30～35 33～38 36～41 39～44
• 混凝土强度标准差宜根据同类混凝土统计资料确定，并应符合以下规定： 计算时，强度试件组数不应少于25组； 当混凝土强度等级为C20和C25级，其强度标准差计算值σ＜2.5MPa时， 取σ＝2.5MPa；当混凝土强度等级等于或大于C30级，其强度标准差计算 值σ＜3.0MPa时，取σ＝3.0MPa； • 当无统计资料计算混凝土强度标准差时，其值按现行国家标准《混凝土 结构工程施工及验收规范》（GB50204）的规定取用。
干硬性混凝土的单位用水量，kg
拌合物稠度
项目
指标
16～20
维勃稠度，
s
11～15
5～10
卵石最大粒径，mm
10
20
40
175 160 145
180 165 150 185 170 155
碎石最大粒径，mm
16
20
40
180 170 155
185 175 160 190 180 165
第三章物料平衡计算
第三章物料平衡计算
二、物料平衡计算的基础资料
混凝土制品厂物料平衡计算的基础资料：
v 工厂规模， 混凝土构件产品方案； v 每种构件混凝土或者钢筋工程数量 ； v 混凝土各种类型配比；
v 车间工作制度——生产周制度 ，生产班制度 。
第三章物料平衡计算
主要内容
1 产品大纲 2 混凝土配合比计算 3 混凝土配合比实例 4 配合比设计和物料平衡表
密度为
3.11g/cm3
中砂 表观密度 2.64g/cm3 堆积密度 1.50g/cm3
碎石 表观密度
2.70 g/cm3 堆积密度
1.55 g/cm3 石子最大粒
径20mm
TMS 减水率 18%
掺入量 1.0%~1.2%
(取1.0%)
第三章物料平衡计算
混凝土配合比计算
❖ 确定配置强度 根据课本知识得，混凝土配制强度为：
P’——石子空隙率，%； β——砂浆剩余系数，一般取1.1~1.4。
第三章物料平衡计算
6.计算砂、石子用量ms0、mg0
（1）体积法 又称绝对体积法。 1m3混凝土中的组成材料——水泥、砂、石子、
水经过拌合均匀、成型密实后，混凝土的体积为1m3，即： Vc + Vs + Vg + Vw + Va ＝1
解方程组，可得ms0、mg0 。 式中： ρc 、ρs 、ρg 、ρw—分别为水泥的密度、砂的表观密度、石子的表 观密度、水的密度，kg/m3。水泥的密度可取2900～3100kg/m3；
α—混凝土的含气量百分数，在不使用引气型外加剂时，可取α＝1。
第三章物料平衡计算
（2）质量法
质量法又称为假定体积密度法。假定混凝土拌合物的质 量为mcp ，kg。
素混 凝土
钢筋 混凝 土
预应 力混 凝土
干燥环境
正常的居住 或办公用房 屋内部件
不作 规定
0.65
0.60
200
260
300
第三章物料平衡计算
混凝土配合比计算
v 确定1立方米混凝土用水量
由碎石的最大粒径为20mm，坍落度35~50mm， 查混凝土单位用水量选用表得W0=195kg。使用 减水剂后 （减水率为18%），则
W0=185(1-18%)=160Kg
第三章物料平衡计算
混凝土配合比计算
❖ 混凝土单位用水量选用表（kg/m3）
第三章物料平衡计算
混凝土配合比计算
v 确定1立方米水泥用量
根据已选定的每1m3混凝土的用水量和得出水灰比值， 可求出水泥用量：
C0'= W0/（W/C）=454Kg 对照表混凝土最大水灰比和最小水泥用量，最小水泥 用量为300kg<372kg，故满足耐久性要求。
①按上述方法确定的各组成材料用量按下式计算混凝土的体积密度 计算值ρc,c：
ρc,c＝mc+ ms+mg+mw ②应按下式计算混凝土配合比校正系数δ：
式中： ρc,t——混凝土体积密度实测值，kg/m3； ρc,c——混凝土体积密度计算值，kg/m3。
③当体积密度实测值与计算值之差的绝对值不超过计算值的2％时， 按①条确定的配合比即为设计配合比；当二者之差超过2％时，应将 配合比中各组成材料用量均乘以校正系数δ，得到设计配合比。
20
40
29～34 27～32
32～37 30～35
35～40 33～38
38～43 36～41
第三章物料平衡计算
计算法：
根据砂填充石子空隙，并稍有富余，以拨开石子的原则来确定。
式中：βs——砂率，%； ms0、mg0——分别为每立方米混凝土中砂子及石子用量，kg；
、 ——分别为每立方米混凝土中砂及石子松散体积，m2； 、 ——分别为砂和石子的堆积密度，kg/m3。
第三章物料平衡计算
(二) 试配调整，确定设计配合比
1.试配
按基准配合比称取一定质量的组成材料，拌制15L或25L混凝土，分 别测定其和易性、强度。
2.调整
（１）调整和易性，确定基准配合比 测拌合物坍落度，并检查其粘聚性和保水性能： ➢如实测落度大于设计要求，可保持砂率不变，提高骨料用量； ➢如出现粘聚性和保水性不良，可适当提高砂率。 ➢每次调整后再试拌，直到符合要求为止。记录好各种材料调整后用量， 并测定混凝土拌合物的实际体积密度（ρc,t）。
4.计算水泥用量mc
（1）计算 （2）复核耐久性